本文旨在介紹EP3E伺服驅(qū)動器在SCARA機器人上的應(yīng)用，同時為客戶提供一套完整的基于PowerLink總線的機器人電控系統(tǒng)解決方案。

1 概述

近年來，中國的工業(yè)機器人的新裝量與保有量都呈現(xiàn)快速的增長，目前總體保有量大約為10w臺，而且據(jù)調(diào)研機構(gòu)預(yù)測，未來機器人市場每年還會繼續(xù)以25%的增速發(fā)展。

SCARA機器人是桌面型的4關(guān)節(jié)機器人的機型，廣泛應(yīng)用于金屬加工行業(yè)的上下料，電子產(chǎn)品行業(yè)的點膠，涂膠與搬運，玻璃行業(yè)的搬運與組裝。雖然國內(nèi)機器人處于快速的發(fā)展中，但國內(nèi)的SCARA機器人大多都是采用脈沖方式控制，一個運動控制單元只可以完成單個SCARA機器人的控制，無法完成SCARA機器人各軸的狀態(tài)監(jiān)視與控制。

EP3E伺服驅(qū)動器是武漢邁信電氣技術(shù)有限公司最新推出的國內(nèi)首款基于PowerLink總線的伺服驅(qū)動器，可以外接單圈或者多圈絕對式編碼器，實時總線抖動在線同步調(diào)整等創(chuàng)新技術(shù)，為客戶提供更加高性能，更加靈活，更加安全的伺服系統(tǒng)。

Ep3e伺服驅(qū)動器從產(chǎn)品尺寸，連線方式來說非常適合多機器人的工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)，其PowerLink總線一網(wǎng)到底的連接方式，接線方式更加方便，可以為客戶的SCARA機器人的自動化流水線提供更多的便利，可以為客戶提供更加有性價比的方案。

2  SCARA機器人控制

本次項目所使用的是SCARA機器人是國產(chǎn)的最新設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)效率高，精度高，過載能力強等特點。該項目用于自動點膠生產(chǎn)線，適用于點膠工藝，激光切割，焊錫等場合。該產(chǎn)品見圖1：

圖1  SCARA機器人解決方案的照片

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 客戶需求

客戶要求SCARA機器人具備較高的加工速度，以及，非常高的自動化，能夠自動完成產(chǎn)線的上料，下料等功能，同時要求非常高的穩(wěn)定性。此外，客戶要求能夠?qū)崟r的通過遠程訪問來查看機器人的工作狀態(tài)。      

3.2 系統(tǒng)設(shè)計方案

通過對客戶需求的深入分析，我們?yōu)榭蛻粼O(shè)計了“B&R的X20控制器+EP3E伺服驅(qū)動器”的電控解決方案，如圖2所示。

圖2  SCARA機器人電氣方案圖

這套系統(tǒng)的優(yōu)勢在于：

(1) 融合MC，CNC，robotics的X20運動控制系統(tǒng)

基于X20的運動控制解決方案是利用通用運動控制技術(shù)設(shè)計平臺，通過PowerLink總線技術(shù)將機器人、CNC、多軸運動和單軸定位組成一個系統(tǒng)?？梢詫崿F(xiàn)復(fù)雜的路徑信息應(yīng)用到機床和生產(chǎn)機械中，還可以實現(xiàn)多軸關(guān)節(jié)的機器人控制，進行復(fù)雜的3D圖CNC加工。借助實時操作系統(tǒng)，運動控制循環(huán)時間可達400μs，CNC、PLC、I/O和驅(qū)動器可至微秒級高精度同步，同一處理器處理運動控制和邏輯控制，CNC和PLC同步運行任務(wù)。

X20的軟件軟件框架如圖3所示，所支持的CNC技術(shù)包括：

1.支持標準DIN66025的標準語言，支持客戶自定義解釋語言；

2.每個系統(tǒng)擁有8個CNC通道，每個CNC通道插補最多15個軸參與，每個CNC通道非插補不限制軸數(shù)；

3.各路徑段具有“程序段預(yù)讀”功能，優(yōu)化運動軌跡，可以實時更改速度倍率；

4.自動切線刀具向?qū)?，廣泛應(yīng)用于皮革切割，玻璃切割等行業(yè)；

5.沿輪廊反向運動，廣泛應(yīng)用于激光切割，水切割等行業(yè)；

6.二十余種多軸運動轉(zhuǎn)換，支持客戶自定義坐標變換；

7.單向和雙向螺距誤差補償和反向間隙補償，支持直角坐標系的軸偏移補償；

8.所有技術(shù)功能：銑、磨、切割、焊接、搬運、包裝、木工、紅木、石材、大理石、玻璃切割等行業(yè)；

(2) EP3E高性能伺服驅(qū)動器

EP3E是國內(nèi)首家通過EPSG組織的一致性測試的產(chǎn)品，因此可以很好的與X20控制器進行配合；同時，EP3E內(nèi)置的電流環(huán)，速度環(huán)，以及位置環(huán)的控制周期分別為50us,100us,100us，可以支持17bit的單圈與多圈編碼器，或者，20bit的單圈與多圈編碼器，支持實時以太網(wǎng)總線的抖動同步調(diào)整技術(shù)，可以充分滿足MC，CNC，robotics對于動態(tài)響應(yīng)和同步性的要求。

3.3  系統(tǒng)軟件框架

圖4 系統(tǒng)軟件框架

系統(tǒng)軟件由Configuration、System、Cnc以及Axes等模塊組成，Configuration模塊負責整個系統(tǒng)的配置工作，System負責系統(tǒng)狀態(tài)機，Cnc和Axes分別負責插補通道狀態(tài)機和軸狀態(tài)機。為實現(xiàn)完整的機器人軟件功能，系統(tǒng)軟件還包括如坐標變換、伺服通訊及人機界面通訊等功能。

4 系統(tǒng)性能測試

在實際測試過程中，系統(tǒng)用了很短的時間就調(diào)試成功。

圖5 SCARA機器人各軸工作電機電流的trace數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

武漢邁信電氣致力于為國內(nèi)自動化設(shè)備廠商提供PowerLink總線伺服驅(qū)動器，在性能與功能上能夠滿足MC，CNC，robotics各個行業(yè)對伺服系統(tǒng)的要求，同時，價格上也沒有國外伺服驅(qū)動器那么高昂，從而實現(xiàn)國產(chǎn)SCARA機器人的PowerLink總線化，降低國產(chǎn)機器人的總體成本，提高國產(chǎn)機器人的競爭力。